CN109449608B - 一种可提高天线间隔离度的微带阵列天线结构 - Google Patents

一种可提高天线间隔离度的微带阵列天线结构 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种可提高天线间隔离度的微带阵列天线结构，包括一介质板，介质板的正面间隔设有发射微带阵列天线和接收微带阵列天线，介质板的背面为金属地板，其中：发射微带阵列天线和接收微带阵列天线之间引入第一隔离线阵和第二隔离线阵，发射微带阵列天线与第一隔离线阵之间引入第一金属化通孔，接收微带阵列天线与第二隔离阵列天线之间引入第二金属化通孔；沿着所述发射微带阵列天线和接收微带阵列天线的外侧打有至少一圈外围金属化通孔。本发明在发射微带阵列天线和接收微带阵列天线之间引入第一隔离线阵和第二隔离线阵，在收发天线距离不变的条件下改善隔离度性能7.5dB，实现工作频带内收发隔离度小于70dB，适合在连续波雷达系统中收发电磁波。

Description

一种可提高天线间隔离度的微带阵列天线结构
技术领域
本发明涉及微带天线技术领域，特别涉及一种可提高天线间隔离度的微带阵列天线结构。
背景技术
微带天线和常用的微波天线相比较，有以下一些突出的优点:
1.重量较轻，体积比较小，剖面低，能与飞行器等载体共形；
2.容易制作和调制，制作成本较低，适合大批量生产；
3.容易集成化的性能，在毫米波段的应用有很大的优势；
4.电性能多样化，通过改变微带元的设计，可以很方便的得到各种极化方式，也可以实现双频以及多频化。
微带天线独特的性能决定了它广泛的应用背景，目前各种各样的微带天线已经在多普勒雷达、导弹遥测技术、生物工程、可移动卫星通信、空间技术、蜂窝电话/PCS以及其他手持便携式通信设备中得到了十分广泛的运用，这表明微带天线已经在天线研究中占有一席之地。
随着电子和通信技术的发展，各种功能的无线电设备的应用日益广泛。尤其是在舰船上，为了满足通信、导航等需要，船载平台上天线的数量成倍增加，多部天线在很小的区域内同时工作，会造成严重的电磁干扰。无线电系统间电磁干扰的主要传输途径是天线间的耦合，为实现各天线的正常工作，避免相互干扰，要求减小天线间的有害耦合，因此，提高天线隔离度已经成为实现船载天线等电子系统兼容工作的前提条件。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可提高天线间隔离度的微带阵列天线结构，在发射微带阵列天线和接收微带阵列天线之间引入第一隔离线阵和第二隔离线阵，在收发天线距离不变的条件下改善隔离度性能7.5dB，实现工作频带内收发隔离度小于70dB，适合在连续波雷达系统中收发电磁波。
为了解决上述问题，本发明提供了一种可提高天线间隔离度的微带阵列天线结构，包括一介质板，所述介质板的正面间隔设有发射微带阵列天线和接收微带阵列天线，所述介质板的背面为金属地板，其中：
所述发射微带阵列天线和接收微带阵列天线之间引入第一隔离线阵和第二隔离线阵，所述发射微带阵列天线与所述第一隔离线阵之间引入第一金属化通孔，所述接收微带阵列天线与所述第二隔离阵列天线之间引入第二金属化通孔；
沿着所述发射微带阵列天线和接收微带阵列天线的外侧打有至少一圈外围金属化通孔。
较佳的，所述介质板的正面从左到右依次设有发射微带阵列天线、第一隔离线阵、第二隔离线阵和接收微带阵天线，即所述发射微带阵列天线位于所述介质板的左边，接收微带阵列天线位于所述介质板的右边，目的是能够使发射微带阵列天线和接收微带阵天线之间有一定的空间隔离。
较佳的，所述第一隔离线阵和第二隔离线阵的中心分别通过第三金属化通孔与所述金属地板联通，即第一隔离线阵的中心通过第三金属化通孔Ⅰ与所述金属地板联通，第二隔离线阵的中心通过第三金属化通孔Ⅱ与所述金属地板联通，目的是更好的实现与微带阵列天线相消的隔离线阵附加耦合。
较佳的，所述第一隔离线阵和第二隔离线阵背靠背分布，可以有效的抵消分别来自于左右边发射微带阵列天线接收微带阵列天线的耦合电流。
较佳的，所述发射微带阵列天线和接收微带阵列天线分别通过第四金属化通孔设有射频接插件底馈激励，即发射微带阵列天线通过第四金属化通孔Ⅰ设有射频接插件底馈激励，接收微带阵列天线通过第四金属化通孔Ⅱ设有射频接插件底馈激励，有利于整体结构设计。
较佳的，所述介质板为高频介质板。
较佳的，所述介质板为介电常数为2.2、厚度为1.5mm的双面覆铜板。
较佳的，所述发射微带阵列天线和接收微带阵列天线的线阵形式相同，所述第一隔离线阵和第二隔离线阵的线阵形式相同。
较佳的，所述发射微带阵列天线和接收微带阵列天线分布在所述介质板正面的左右两边，所述发射微带阵列天线和接收微带阵列天线均包括4根线阵经并联馈电网络连接组成，中心偏置底馈馈电，其中，每根所述线阵均由16个微带贴片天线经串馈网络连接组成；
所述第一隔离线阵和第二隔离线阵均包括一根由16个微带贴片天线经串馈网络连接组成线阵。
较佳的，所述发射微带阵列天线与所述第一隔离线阵间设有N列规律排布的第一金属化通孔，所述接收微带阵列天线与所述第二隔离线阵间设有N列规律排布的第二金属化通孔，所述N列规律排布的第一金属化通孔和第二金属化通孔的水平向跨度均大于四分之一波长，有效的消除由于发射微带阵列天线和接收微带阵列天线放置于同一块高频介质板的表面波影响。
较佳的，沿着所述发射微带阵列天线和接收微带阵列天线的外围打两圈外围金属化通孔。
与现有技术相比，本发明存在以下技术效果：
本发明提供的一种可提高天线间隔离度的微带阵列天线结构，在发射微带阵列天线和接收微带阵列天线之间引入第一隔离线阵和第二隔离线阵，在收发天线距离不变的条件下改善隔离度性能7.5dB，实现工作频带内收发隔离度小于70dB，适合在连续波雷达系统中收发电磁波。本发明还具有以下几个优点：
(1)本发明提供的提高微带阵列天线间隔离度的设计方法简单，容易实现，效果明显，便于与系统集成；
(2)采用与主工作微带阵列天线形式相同的隔离线阵，保证性能的基础上降低了设计难度；
(3)采用背靠背的隔离线阵排布方式，有效的增强了消耦合效果；
(4)在两个隔离线阵中心分别引入与地板连通的金属化通孔，使得隔离性能在工作频带内更平坦；
(5)本发明在发射微带阵列天线与接收微带阵列天线间引入大量的密集分布的金属化通孔，很好的改善了由于收、发天线分布在同一块高频介质板正面的表面波效应。
当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。附图中：
图1为本发明的可选实施例中的可提高天线间隔离度的微带阵列天线结构的电路分布图；
图2为本发明的可选实施例中的VSWR曲线；
图3为本发明的可选实施例中的二主面方向图；
图4为本发明的可选实施例中的隔离度曲线。
具体实施方式
以下将结合图1至图4对本发明提供的可提高天线间隔离度的微带阵列天线结构进行详细的描述，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例，本领域技术人员在不改变本发明精神和内容的范围内，能够对其进行修改和润色。
请参考图1，本发明提供一种可提高天线间隔离度的微带阵列天线结构，其包括：高频介质板10，介质板10正面蚀刻有从左到右依次间隔设置的发射微带阵列天线1、接收微带阵列天线2、第一隔离线阵7和第二隔离线阵8，介质板10背面为金属地板层；发射微带阵列天线1与所述第一隔离线阵7间设有N列规律排布的第一金属化通孔5，所述接收微带阵列天线2与所述第二隔离线阵8间设有N列规律排布的第二金属化通孔11；第一隔离线阵7的中心通过第三金属化通孔Ⅰ12与所述金属地板联通，第二隔离线阵8的中心通过第三金属化通孔Ⅱ9与所述金属地板联通；发射微带阵列天线1通过第四金属化通孔Ⅰ3焊接射频接插件底馈激励，接收微带阵列天线2通过第四金属化通孔Ⅱ4焊接射频接插件底馈激励；沿着微带阵列天线外围(即发射微带阵列天线1和接收微带阵列天线2的外侧)打两圈外围金属化通孔6。
本实施例以工作于X频段的微带阵列天线为例，其中心频率f中为9.22GHz，天线阵工作上边频f高和下边频f低分别为9.32GHz、9.12GHz。高频介质板10的介电常数2.2，厚度为1.5mm的双面覆铜板，发射微带阵列天线1与接收微带阵列天线2形式完全相同，均包括4根线阵经并联馈电网络连接组成，中心偏置底馈馈电，其中每根线阵由16个微带贴片天线经串馈网络合成；发射微带阵列天线1与接收微带阵列天线2分布在介质板10正面的左右两边，介质板10背面为金属地板，发射微带阵列天线1与接收微带阵列天线2的边沿距离均为89.4mm，馈电口距离为186mm。在发射微带阵列天线与接收微带阵列天线之间对称放置两根背靠背的隔离线阵天线，两隔离线阵天线形式与主天线相同，且在中心打金属化通孔(第一隔离线阵7的中心通过第三金属化通孔Ⅰ12与所述金属地板联通，第二隔离线阵8的中心通过第三金属化通孔Ⅱ9与所述金属地板联通)，使隔离线阵天线与金属地板连通。在离主天线馈线边沿一定的距离保证线路阻值不变，本实施例为9mm，打上一系列的金属化通孔(即第一隔离线阵7的中心通过打第三金属化通孔Ⅰ12与所述金属地板联通，第二隔离线阵8的中心通过第三金属化通孔Ⅱ9与所述金属地板联通)，孔间距至少小于八分之一波长，越密性能越好，本实施例为1.38mm，左右两片区域的金属化孔(即第三金属化通孔Ⅰ12与第三金属化通孔Ⅱ9)的覆盖区域为12.4mm＞8.22mm(f低对应的四分之一波长)。
图2为本实施例的VSWR(电压驻波比)曲线，其中横坐标代表频率变量，单位GHz；纵坐标代表驻波VSWR幅度变量。如图所示，本实施例X频段微带阵列天线的工作频带为9.12GHz～9.32GHz，端口驻波VSWR在通带内小于1.45，实线为本实施例VSWR曲线，虚线为本图1电路中去除中间背靠背隔离线阵的VSWR曲线。
图3为本实施例的中心频率二主面方向图曲线，其中横坐标代表角度变量，单位°；纵坐标代表方向图幅度变量，单位dB。如图所示，本实施例X频段微带阵列天线工作频带为9.12GHz～9.22GHz，实线为本实施例二主面方向图曲线，虚线为本图1电路中去除中间背靠背隔离线阵的方向图曲线。
图4为本实施例的发射、接收微带阵列天线的隔离度曲线，其中横坐标代表频率变量，单位GHz；纵坐标代表隔离度幅度变量，单位dB。如图所示，本实施例X频段微带阵列天线工作频带为9.12GHz～9.22GHz，两个端口隔离度在频带内满足小于-70dB，实线为本实施例隔离度S21曲线，虚线为本图1电路中去除中间背靠背隔离线阵的隔离度S21曲线。
以上公开的仅为本申请的一个具体实施例，但本申请并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化，都应落在本申请的保护范围内。

Claims (9)

1.一种可提高天线间隔离度的微带阵列天线结构，其特征在于，包括一介质板，所述介质板的正面间隔设有发射微带阵列天线和接收微带阵列天线，所述介质板的背面为金属地板，其中：
所述发射微带阵列天线和接收微带阵列天线之间引入第一隔离线阵和第二隔离线阵，所述发射微带阵列天线与所述第一隔离线阵之间引入第一金属化通孔，所述接收微带阵列天线与所述第二隔离阵列天线之间引入第二金属化通孔；
沿着所述发射微带阵列天线和接收微带阵列天线的外侧打有至少一圈外围金属化通孔；
所述发射微带阵列天线与所述第一隔离线阵间设有N列规律排布的第一金属化通孔，所述接收微带阵列天线与所述第二隔离线阵间设有N列规律排布的第二金属化通孔，所述N列规律排布的第一金属化通孔和第二金属化通孔的水平向跨度均大于四分之一波长。
2.如权利要求1所述的一种可提高天线间隔离度的微带阵列天线结构，其特征在于，所述发射微带阵列天线位于所述介质板的左边，接收微带阵列天线位于所述介质板的右边。
3.如权利要求1所述的一种可提高天线间隔离度的微带阵列天线结构，其特征在于，所述第一隔离线阵和第二隔离线阵的中心分别通过第三金属化通孔与所述金属地板联通。
4.如权利要求1所述的一种可提高天线间隔离度的微带阵列天线结构，其特征在于，所述第一隔离线阵和第二隔离线阵背靠背分布。
5.如权利要求1所述的一种可提高天线间隔离度的微带阵列天线结构，其特征在于，所述发射微带阵列天线和接收微带阵列天线分别通过第四金属化通孔设有射频接插件底馈激励。
6.如权利要求1所述的一种可提高天线间隔离度的微带阵列天线结构，其特征在于，所述介质板为高频介质板。
7.如权利要求1或6所述的一种可提高天线间隔离度的微带阵列天线结构，其特征在于，所述介质板为介电常数为2.2、厚度为1.5mm的双面覆铜板。
8.如权利要求1所述的一种可提高天线间隔离度的微带阵列天线结构，其特征在于，所述发射微带阵列天线和接收微带阵列天线的线阵形式相同，所述第一隔离线阵和第二隔离线阵的线阵形式相同且背靠背分布。
9.如权利要求7所述的一种可提高天线间隔离度的微带阵列天线结构，其特征在于，所述发射微带阵列天线和接收微带阵列天线分布在所述介质板正面的左右两边，所述发射微带阵列天线和接收微带阵列天线均包括4根线阵经并联馈电网络连接组成，中心偏置底馈馈电，其中，每根所述线阵均由16个微带贴片天线经串馈网络连接组成；
所述第一隔离线阵和第二隔离线阵均包括一根由16个微带贴片天线经串馈网络连接组成线阵。
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